XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Первые шаги инженера

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Абрамов С.А. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение "Средняя общеобразовательная школа №106"

Якимова М.М. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение "Средняя общеобразовательная школа №106"

Работа в формате PDF

1.4 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

С раннего детства я увлекался конструированием из деталей «лего», модернизировал игрушечные машинки при помощи пластилина, дополнительных деталей и подручных средств. Даже выпускаясь из детского сада, я мечтал стать изобретателем. В начальной школе в свободное я внимательно изучал видео в интернете, где даже взрослые люди устраивали соревнования на игрушечных машинках с пультом управления. Я загорелся желанием создать радиоуправляемую машинку для соревнования с друзьями.

Актуальность проекта заключается в том, что предприятия нуждаются в технических специалистах. В настоящее время развивается множество государственных программ для поддержки инженерных специальностей, а на базах школ и детских садов создаются технопарки. При этом создание радиоуправляемой машинки дает возможность физического и интеллектуального развития и инженерного мышления.

Проблема: как создать радиоуправляемую машинку.

Из проблемы мы сформулировали гипотезу: если изучить основы конструирования, механики и электродинамики, то можно создать радиоуправляемую машинку

Объект: основы конструирования, механики, электроники и печати на 3D принтере.

Предмет: радиоуправляемая модель машинки на пульте управления с корпусом, напечатанном на 3D принтере.

Цель: создание радиоуправляемой машинки.

Задачи:

1. Изучить теоретический материал по созданию радиоуправляемых машинок.

2. Изучить работу компьютерной программы «3D КОМПАС» и 3D принтера.

3. Сконструировать и распечатать корпус радиоуправляемой машинки.

4. Собрать механическую основу (раму) и подсоединить электронику.

5. Соединить корпус и раму.

Метод исследования:

• Теоретические (изучение и анализ справочной, энциклопедической, научно-популярной литературы, интернет-источников, обобщение и систематизация полученных результатов).

• Практические (проектирование эскиза, моделирование, конструирование и сборка).

Практическая значимость: результаты нашей работы и созданная нами радиоуправляемая машинка, которую можно использовать для развития у детей логического мышления, координации и скорости реакции. Если установить на данную модель видеокамеру, то она может помочь получать изображение из тех мест, куда человек не может попасть физически. Подобную радиоуправляемую машинку можно использовать в офисе открытого типа ля передачи небольших предметом между специалистами (документация, канцелярия и пр). Результаты работы могут быть использованы при проведении урока физики при изучении электродинамики, механики и других тем.

Новизна проекта заключается в том, что мы использовали современные технологии и подходы к конструированию современных моделей радиоуправляемых машинок, тем самым изучая инженерные науки и набираясь технологического опыта, который в последствие пригодится другим.

I. Теоретическая часть

1.1. Теоретическая разработанность проекта

Перед тем как создать радиоуправляемую машинку, мы углубились в историю.

История создания машинок на пульте управления уходит корнями в 1786 год. Учёный Уильям Мердок, основываясь на разработке братьев Уатт (паровой двигатель), впервые продемонстрировал миниатюрную самодвижущуюся повозку. Повозка могла двигаться только в прямом направлении [4].

В 1898 году Никола Тесла изобрёл первую модель судна с радиоуправлением. В 1903 году братья Райт изобрели первый управляемый аэроплан [10]. 

В 1965 году американский автопроизводитель Ford представил модель Mustang GT с электромотором и проводным пультом дистанционного управления [3].

В 1979 году - модель внедорожника на радиоуправлении — это событие стало началом эпохи гонок на баггах [8].

С начала 2000-х годов радиоуправляемые машины стали ещё более совершенными благодаря внедрению цифровых систем управления. [2].

Так же мы проанализировали опыт некоторых наших предшественников. Например, в интернете мы нашли статью автора AlekseCamacho: «Как собрать машинку на дистанционном управлении» [6]. Изучив его работу, мы выявили следующие расхождения с нашей машинкой:

1.У AlekseyCamacho скоростной регулятор состоял просто из плат, а у нас установлен шестиканальный радиоприемник.

2. В отличии от AlekseyCamacho, у нас на раме установлены сервопривод и скоростной регулятор.

3. Основанием изделия у Aleksey была площадка с колесами. У нас же заводская рама с амортизаторами и мостами, куда мы встроили электронику.

Еще нас привлек дипломный проект TemikVel: «Радиоуправляемый Ford Mustang на Arduino» [3]. Наши работы имеют индивидуальные особенности, но в основном они очень схожи, несмотря на то, что мы делали свою машинку, до знакомства с его работой.

Существуют и другие проекты создания радиоуправляемых машинок, но в них нет либо электроники, либо печати на 3D принтере.

1.2. Компьютерная программа «3D КОМПАС»

Современное проектирование происходит на компьютере. Существуют специальные программы для объемного проектирования иконструирования, например «3D КОМПАС», T – FLEX CAD, Autodesk AutoCAD и другие.

В 2022г. я занимался на базе ТТИ НИЯУ МИФИ г. Трехгорный по направлению «Изготовление прототипов». Именно там у нас была возможность изучить и использовать программу «3D КОМПАС», так как эта программа создана российской компанией «Аскон» и предназначена для двухмерного и трёхмерного проектирования деталей, конструкций и механизмов разной сложности. К тому же она является импортозамещающей программой.

Хотим отметить, что интерфейс программы доступен любому пользователю, имеются расширенные настройки и дополнительные функции.

1.3. Изучение принципа работы 3D принтера

Печать готовых чертежей деталей происходит на 3D принтере.

 3D принтер — это оборудование для изготовления объёмных предметов посредством послойного построения. 3Dпринетер используется в постройке объемных деталей, в медицине, в постройке доиов и так далее[5].

Процесс печати включает несколько непрерывных циклов: 

1. В программе «КОМПАС 3D» формируется цифровая модель изделия.

2. Файл, сохранённый в специальном формате, нарезается на слои. 

3. Каждая часть переносится в двоичный код, отправляемый на прибор, изготавливающий объёмный принт по заданным координатам. 

4. Послойное выращивание образца [5].

1.4. Требования безопасности

Для выполнения любых работ необходимо соблюдать технику безопасности. Изучив подробно данный вопрос, мы выделили основные пункты:

1. При работе с электричеством следить за чистотой и сухостью рук, чтобы избежать электрического удара.

2. Запрещено касаться 3D принтера во время печати, чтобы не получить ожог.

3. При работе на станках внимательно изучить и следовать инструкции по эксплуатации.

4. При покрасочных работах использовать индивидуальные средства защиты кожи и дыхательных путей, чтобы не допустить нарушения целостности кожи и вызвать аллергическую реакцию или химический ожог[7].

.

II Практическая часть

2.1. Разработка и создание модели радиоуправляемой машинки

При выборе модели, мы остановили свое внимание на отечественном автомобиле «Нива» в масштабе 1:10. Это легкий, русский, короткобазный внедорожник, который с легкостью проходит любые препятствия. Он стал легендой отечественного автопрома. В 2024 г. рост продаж данного автомобиля вырос 22,4 % [1].

Работу по конструированию мы проводили в компьютерной программе «3D КОМПАС», а по возникающим вопросам обращались за консультацией к студенту ТТИ НИЯУ МИФИ Дмитрию К.Мы создали 14 чертежей отдельных деталей корпуса, в том числе более мелких частей таких как: решётка радиатора, фары, двери и бампер.

Особенностью стала толщина деталей в 1 см. Такая толщина обеспечивает плотность склейки элементов и устойчивость кузова целиком. К тому же не делает кузов слишком тяжелым, что улучшает ее аэродинамические качества (Приложение 1).

2.2. Технологический этап

Следующим этапом стало распечатывание деталей корпуса на 3D принтере.

Для печати мы использовали 3D принтер Stratasys F170, который нам предоставил ТТИНИЯУ МИФИ в рамках посещения секции «Изготовление прототипов»

В среднем печать 1 детали занимала 3 часа.

После печати детали нужно было отшлифовать и обезжирить, чтобы плотность склеивания была лучше.

Для склеивания элементов я воспользовался клеем «космофен», по рекомендации моего папы - Абрамова А. А.

Склеив корпус, нужно было произвести примерку рамы и кузова на их совместимость, чтобы исключить возможные не состыковки.

Внимательно осмотрев полученный корпус, мы его доработали, убрав лишний пластик с арок и вырезав отверстия для стекол.

Зашпаклевав, зашлифовав и загрунтовав корпус, мы перешли к покраске кузова в вишнёвый цвет, предварительно обклеив мелкие детали строительным скотчем, чтобы на них не попала краска. Мелкие детали мы покрасили в белый, оранжевый и черный цвета. И делали это очень аккуратно.

Пока краска на корпусе сохла, мы приступили к сборке рамы.

Раму мы выбрали Axial 10 scx, потому что у нее крепкие мосты и высокие технические характеристики. Для такой рамы подошел коллекторный двигатель мощностью 3650-3900кВ, обеспечивающий высокую частоту максимальной эффективности. Подобрали аккумулятор на 3300Мах/ч и заизолировали изолентой, чтобы он стал водонепроницаемым при езде по воде и снегу. Установили сервопривод на 25 кг, чтобы он справлялся с нагрузкой. Чтобы машинкой можно было управлять дистанционно, мы использовал шестиканальный радиоприемник, который соединяет всю электронику между собой и отправляет сигнал на пульт управления «СТ – 600». Внедорожные колёса мы выбирали по качеству сцепления с песком и землей, мягкость и стравленность резины обеспечивает большую плотность зацепа, диаметр колеса - 120мм. Детали мы использовали бюджетные и качественные, приобретенные на AlliExpress и в других маркетплейсах. В выборе некоторых составляющих нам помог определиться преподаватель ТТИ НИЯУ МИФИ К.Ю. Пузыня.

Когда краска на корпусе окрепла, мы вставили оргстекла, закрепив их силиконовым герметиком.

Акцентом в нашей работе стала установка светодиодных фар, позволяющих передвижение в темноте. Правильно подключить светодиоды к дистанционному пульту управления мне помог преподаватель ТТИ НИЯУ МИФИ М. А. Сулимов.

Финальный этап в сборке – это совмещение корпуса и рамы. При этом корпус остается съемным, чтобы была возможность заряжать аккумулятор и производить техническое обслуживание механизмов рамы.

Более подробно весь этап сборки мы изложили в технологической карте (Приложение 2).

Основные процессы нашей работы мы публиковали в видеоблоге социальной сети TikTok и, несмотря на действующий запрет данной социальной сети в нашей стране в настоящее время, мы уверены, что наш опыт стал полезен для людей, собирающих радиоуправляемые машинки и занимающихся автоспортом, так как количество просмотров у некоторых видео превышало 500 (Приложение 3) [11].

2.3. Эконмическое обоснование

Для определения расходов и затрат, мы обратились к специалисту отдела закупок ФГБУЗ МСЧ 72 ФМБА России Латыповой Е.В. При создании радиоуправляемой машинки мы потратили на закупку необходимых материалов 25912,99 руб. Стоит отметить, что часть закупленных материалов у нас осталась, мы ее используем в других повседневных делах. Разница между закупленным и потраченным материалом составила 2450,9 руб. Таким образом, мы использовали только 23462,1 руб.

Нужно учитывать, что для работы над машинкой мы тратили свой труд.

В МИФИ при работе над эскизом и первичной обработке деталей корпуса у меня ушло 48 часов (я потратил в секции 4 месяца, где занятия проходили по 1,5 часа 2 раза в неделю). Мы не учитываем потраченные в ТТИ НИЯУ МИФИ расходы на электроэнергию, затраты на использование 3D принтера и компьютера, так как они предоставлялись нам на безвозмездной основе.

На сборку рамы, механических элементов, электроники и колес у нас ушло примерно 5 часов. Так как данные виды работ мы делали дома при дневном свете, они не понесли дополнительных затрат.

На покрасочно - отделочную работу корпуса потребовалось 12 часов труда, без учета сушки изделия. На установку стекол еще 4 часа. Этим мы занимались в гараже. В учет расходов мы не включаем арендную плату, так как он предоставлялся нам на безвозмездной основе родителями, но за это время мы потратили примерно 1,6кВт электроэнергии. При использовании углошлифовальной машины и нождака ушло еще 0,14 кВт, суммарно – это 1,74 кВт.

Итого мы потрудились над созданием радиоуправляемой машинки 69 часов. Минимальный размер оплаты труда в Челябинской области в 2024 году составлял 19 242 рубля в месяц [9]. С учетом 40 часовой рабочей недели, и 23 дням работы в месяц, можно предположить, что 1 час труда стоит 104,57 рублей. Таким образом, трудовой ресурс составил 7215,33 руб.

Итого для создания радиоуправляемой машинки ушло 30684,81 руб. (Приложение 4).

Заключение

Итак, радиоуправляемая машинка готова. Во время создания радиоуправляемой машинки мы затронули и изучили множество инженерных наук и тем. Работа над эскизом и проектирование было очень кропотливой и точной, для этого мы изучили компьютерную программу «3D КОМПАС», научились работать на 3D принтере, нождаке, фрезерном станке, углошлифовальной машинке и паяльнике. Познакомились с азами механики и электродинамики, даже освоили основы покрасочно – отделочных работ.

В ходе работы над проектом, мы смогли достичь поставленную в начале работы цель по созданию радиоуправляемой машинки, а также реализовали поставленные перед нами задачи:

1. Познакомились с теоретическим материалом по созданию радиоуправляемых машинок.

2. Изучили работу компьютерной программы «3D КОМПАС» и работы 3D принтера.

3. Сконструировали и распечатали корпус радиоуправляемой машинки.

4. Собрали механическую основу (раму) и соединили с корпусом.

К перспективам нашего проекта следует отнести тот факт, что это первое изделие созданное нами. В дальнейшем, набравшись практического опыта и получив обширные знания в инженерном направлении, мы планируем поставить на данную модель усиленные привода, стальные мосты, колоса большего диаметра и багажник на крышу для увеличения ее грузоподъемности и использования уже в производственных цехах. Так же планируется установка видеокамеры, для отслеживания ее движения.

Источники литературы

1. Автоваз подвел итоги продаж в сентябре 2024года [Электронный ресурс]: lada.ru URL: https://www.lada.ru/press-releases/122162 (дата обращения 10.02.2025г);

2. Вовсе не игрушки: история радиоуправляемых машинок [Электронный ресурс] MARKET.NAVITEL.ru URL: https://market.navitel.ru/blog/poleznoe/vovse-ne-igrushki-istoriya-radioupravlyaemykh-mashinok/ (дата обращения 26.10.2024г);

3. Дипломный проект. Радиоуправляемый Ford Mustang на Arduino. TemikVel [Электронный ресурс]: www.drive2.ru. URL: https://www.drive2.ru/b/589571330026799805/ (дата обращения 08.06.2023г.);

4. История радиоуправляемых игрушек [Электронный ресурс]: Все садики. URL: https://www.vsesadiki.ru/istorija-radioupravljajemykh-igrushjek.html (дата обращения 10.04.2022г);

5. Как работает 3D принтер – принцип построения трехмерных объектов. SIU_новости [Электронный ресурс]: siusystem.ru URL: https://siusystem.ru/news/kak-rabotayet-3d-printer-printsipy-postroyeniya-trekhmernykh-obyektov/ (дата обращения 06.11.2022г);

6. Как собрать машинку на дистанционном управлении. AlexeyCamacho [Электронный ресурс]: habr.com URL: https://habr.com/ru/articles/874738/ (дата обращения 22.11.2024г);

7. Справочная информация: «Перечень правил и инструкций по охране труда» (Материал подготовлен специалистами КонсультантПлюс) [Электронный ресурс]: consultant.ru URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_182373/ (дата обращения 15.09.2022г);

8. Машинки на радиоуправлении. Эволюция. Pups-toy игрушки для детей [Электронный ресурс]: dzen.ru URL: https://dzen.ru/a/Xw8nR06f6V_kASF8 (дата обращения 26.10.2024г);

9. Минимальный размер оплаты труда (подготовлено экспертами компании «гарант»): base.garant.ru URL: https://base.garant.ru/10180093/ (lата обращения 10.02.2025г.);

10. Радиоуправляемая игрушка. Редакционный материал издательства, ООО «Игры и Игрушки», 19.05.2024 18:10:27 [Электронный ресурс]: i-igrushki.ru URL: https://www.i-igrushki.ru/igrushkapedia/radioupravlyaemaya-igrushka.html (дата обращения 26.10.2024г);

11. Видеоблог: @ghchnfd: TikTok.comURL: https://www.tiktok.com/@ghcdnfd?_t=ZT-8uZ30Fd2rYR&_r=1 (дата обращения 20.02.2025г.).

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4